Vindmätningar vid SMHI

Varför blåser det?

Det finns flera olika orsaker till att vind uppstår. Men generellt är vind ett flöde av luft för att jämna ut skillnader i tryck. Det blåser då från områden med högt lufttryck till områden med lågt lufttryck. En större tryckskillnad ger kraftigare vind. Sedan finns det flera krafter som verkar så att vinden böjs av och får en annan riktning än den kortaste vägen från högtryck till lågtryck, som exempel kan corioliskraften och markfriktionen nämnas.

Vindskalor

Historiskt sett har vindobservationer gjorts utifrån subjektiva bedömningar enligt olika vindskalor. I vindskalorna anges vindstyrkan som är ett mått på vindens effekt på omgivningen. År 1723 ställde engelsmannen James Jurin upp en femgradig vindskala som några år senare infördes i Sverige av Anders Celsius.

Fredrik Henrik Chapman var en skicklig fartygskonstruktör och han tog fram en vindskala 1779 som fick stor användning i Sverige. Vindskalan byggde på fullriggarnas segelsättning vid olika vindstyrkor. Men denna vindskala fick aldrig någon större spridning utanför landets gränser. Chapman konstruerade även en handhållen anemometer (vindmätare) för att mäta vindhastigheten.

Den engelska amiralen Sir Francis Beaufort tog fram en liknande skala i början av 1800-talet som också byggde på fullriggarnas segelsättning. Beauforts skala antogs som standard i engelska flottan 1838, och växte sedan fram som en internationell standard. I modern tid har fler skalor tillkommit för att beskriva extrema vindstyrkor, tex Saffir–Simpson-skalan för orkaner och Fujita- och Torroskalorna för tromber.

Vindhastighet

Med tiden växte behovet fram att kunna mäta och ange vindstyrkan på ett objektivt och mer exakt sätt. I och med detta började istället vindhastigheten anges, dvs vindens rörelse i förhållande till en fast punkt på jordytan. Vindhastigheten kan anges i olika enheter, t ex m/s, km/h eller knop. Miles per hour (mph) förekommer också, tex i USA. Inom SMHI har m/s valts som standardenhet.

De tidigaste instrumentella vindmätningarna utfördes i Sverige med Kreügers  vindmätare 1851. Den bestod av lod och hävarmar som rörde sig när vinden pressade mot en skärm. 1879 ersatte den nybildade Nautiska-Meteorologiska byrån Kreügers anemometer med Hagemanns vattenfyllda u-rör. Rörets ena sida vändes mot vinden som då pressade upp vattnet i rörets andra sida där en avläsning kunde ske. Dock innebar övergången till Hagemanns anemometer knappast någon förbättring och den avskaffades efter ett par decennier. En vidareutveckling av Hagemanns instrument var Rungs anemometer som började användas 1908. Den var uppbyggd av ett rör kopplat till en tryckmätare i vilken vinden skapade ett undertryck som kunde avläsas.

Dr J. T. R. Robinson uppfann skålkorsanemometern för vindmätning 1846. Den består av skålar monterade i ändarna på ett kors som roterar i vinden. Den första  skålkorsanemometern togs i bruk i Sverige 1909 och var av Fineman typ. Finemans anemometer ersattes 1923 av en efterföljare konstruerad av Johan Wilhelm Sandström. Dagens skålkorsanemometrar bygger på samma princip, även om datainsamlingen har moderniserats.

Nästa generation av vindinstrument installeras nu inom SMHI och mäter vinden med hjälp av ljudets hastighet genom luften. En utförligare beskrivning av detta instrument följer längre ner i texten.

Metod

Dagens vindmätningar ska enligt förskrifterna utföras på tio meters höjd över en slät yta utan störande objekt i omgivningen. Men det är i praktiken ofta svårt att uppnå. Det kan t ex finnas byggnader eller vegetation i närheten, men placeringen av mätstationen görs för att i möjligaste mån minimera dessa felkällor.

Vindriktningen anger från vilket håll det blåser i form av väderstreck eller ett gradvärde. Analogt blåser en ishavsvind från Ishavet och en ökenvind från öknen. En sydlig vind kommer således från söder vilket också kan anges som 180 grader. 360 grader betyder att vinden kommer ifrån norr, ej att förväxlas med 0 grader som anges då det är vindstilla eller växlande vind.

Vindhastigheten anges ofta på två olika sätt, medelvind och byvind. I Sverige definieras byvind som det högsta avlästa momentana (2 sekunder) mätvärdet under en mätperiod av 1 timme. Medelvinden är medelvärdet av vinden under 10 minuter. Den högsta uppmätta medelvinden för kuststationer i Sverige är 40 m/s vid Ölands södra grund 17 oktober 1967 (dock var vindmätaren där placerad högre än önskvärda 10 meter). För fjällstationer är motsvarande rekord 44 m/s vid Stekenjokk den 11 januari 2005 och den 2-3 mars 2011. Den högsta byvinden är 81 m/s uppmätt i Tarfala 20 december 1992.

Automatstationer

Praktiskt taget alla SMHIs vindobservationer utförs idag vid automatstationer. Den senaste generationen av automatstationer började installeras 1995 och idag är ca 120 stycken i drift. Automatstationen har mätinstrument för ett flertal meteorologiska parametrar, så som nederbörd, temperatur och vind.

Det senaste vindinstrumentet som används inom SMHI fungerar enligt en princip som bygger på att mäta den hastighet som ultraljud har genom luften. En stor fördel med detta är att instrumentet inte har några rörliga delar. Det är därmed inte lika känsligt för nedisning jämfört med det äldre roterande skålkorset.

Ultraljudsinstrument

Ultraljudsinstrumentet består av en basenhet, på vilken det högst upp sitter monterat fyra böjda armar. Armarna är placerade så att de parvis är riktade mot varandra. I slutet av varje båge sitter en kombinerad ultraljudssändare och -mottagare.

Instrumentet mäter ljudets hastighet i luft, vilket är beroende av vindhastighet och luftens temperatur. Om vinden har samma riktning som ljudvågen, kommer ljudvågen att förflytta sig fortare. Om vinden istället har motsatt riktning jämfört med ljudvågen kommer det leda till att ljudets hastighet minskar.

Ljudets hastighet är som nämnt också beroende av luftens temperatur. Därför mäts ljudets hastighet både med vindriktningen och mot vindriktningen. Då kan effekten av luftens temperatur dras bort och vindhastigheten kan beräknas.

En fördel med ultraljudsinstrumentet är avsaknaden av rörliga delar. I fjälltrakterna har det länge varit problematiskt att mäta vindhastigheten då rörliga delar lätt fryser fast som följd av isbildning på instrumenten vid låga temperaturer. Men ultraljudsinstrumentet har inga rörliga delar och de uppåtriktade bågarna kan lätt värmas upp för att förhindra isbildning.

Källor

Andersson Tage, Amiralen Johan Henrik Kreüger och hans vindmätare, Svenska Fyrsällskapet Blänket 2003:1.

Olsson Betty, Stormar längs Sveriges västkust 1919-2000, Projketarbete Göteborgs Universitet 2002.

www.smhi.se

The Beaufort scale, Fact sheet nr. 6, National Meteorological Library and Archive.

Östman. C. J., Om stormar vid Svealands och Götalands kuster, Meddelande från Statens Meteorologisk-Hydrografiska Anstalt, band 3, nr 6, 1926.

Östman. C. J., Om vindskalor och vindmätningar i svensk meteorologi, Meddelande från Statens Meteorologisk-Hydrografiska Anstalt, band 4, nr 6, 1928.